粉末冶金的主要成形方法
第三章粉末冶金
第三章成形 d.弹性后效
加载（或卸载）后经过一段时间应变才增加（或减小）到一定数值的 现象。压制过程中，当卸掉压制力并把坯块从模具内取出后，由于弹性 内应力的作用，坯块发生弹性膨胀，这种现象称为弹性后效。
a.粉末颗粒发生位移，填充孔隙，施加压力，密度增加很快； b.密度达到一定值后，粉末体出现一定压缩阻力，由于位移大大减少， 而变形尚未开始，压力增加，但密度增加很少； c.当压力超过粉末颗粒的临界应力时，粉末颗粒开始变形，使坯块密度 继续增大。
图3-10坯块密度的变化规律
第三章成形
（5）压制压力与坯块相对密度的关系 相对密度指物质的密度与参考物质的密度在各自规定的条件下之比，
第三章成形
退火温度： T退 （0.5 ~ 0.6）T熔
退火气氛： a.还原性气氛（氢、离解氨、转化天然气或煤气） b.惰性气氛 c.真空退火
第三章成形
（2）混合 a.混合：将两种或两种以上不同成分的粉末混合 b. 将相同成分而粒度不同的粉末混合（合批） 混合方法：机械法（干混、湿混）和化学法 机械法：干混用于生产铁基制品；湿混用于生产硬质合金。混料设备有
a.普通模压法：将粉末装在模具内，用压机将其成形； b.特殊方法：等静压成形、连续成形、无压成形等。
第三章成形
1.成形前原料准备 （1）退火
将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通 常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。
金属粉末退火的目的： a.氧化物还原，降低碳和其它杂质的含量，提高粉末的纯度； b.消除粉末的加工硬化，稳定粉末的晶体结构； c.防止超细粉末自燃，将其表面钝化。 加工产品退火的目的： a.降低硬度，改善切削加工性； b.消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向； c.细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
粉末冶金成型
2.高速压制
瑞典开发出粉末冶金用高速压制法。这可能是 粉末冶金工业的又一次重大技术突破。高速压制采 用液压冲击机,它与传统压制有许多相似之处,但关 键是压制速度比传统快500～1000倍,其压头速度高 达2～30m/s,因而适用于大批量生产。液压驱动的 重锤(5～1200kg)可产生强烈冲击波,0.02s内将压 制能量通过压模传给粉末进行致密化。重锤的质量 与冲击时的速度决定压制能量与致密化程度。
（2）生坯强度高
常规工艺的生坯强度约为10~20MPa，温压压坯的强度则为 25~30MPa，提高了1.25-2倍。生坯强度的提高可以大大降 低产品在转移过程中出现的掉边、掉角等缺陷，有利于制备 形状复杂的零件；同时，还有望对生坯直接进行机加工，免 去烧结后的机加工工序，降低了生产成本。这一点在温压烧结连杆制备中表现得尤为明显。
温压成型技术发展趋势： 预合金化粉末的制造技术； • 新型聚合物润滑剂的设计； • 石墨粉末有效添加技术； • 无偏析粉末的制造技术； • 温压系统制备技术。
温压成型技术应用：
温压技术主要适合生产铁基合金零件。同时人们正在 尝试用这种技术制备铜基合金等多种材料零件。由于温压 零件的密度得到了较好的提高，从而大大提高了铁基等粉 末冶金制品的可靠性，因此温压技术在汽车制造 机械制 造、武器制造等领域存在着广阔的应用前景。
6.注射成形技术
Injection molding technology
金属粉末注射成形技术是随着高分子材料的应用 而发展起来的一种新型固结金属粉、金属陶瓷粉和陶 瓷粉的特殊成形方法。它是使用大量热塑性粘结剂与 粉料一起注入成形模中，施于低而均匀的等静压力， 使之固结成形，然后脱粘结剂烧结。
5.注射成形技术
美国开发出一种能在室温下生产全致密零 件而无需后续烧结的粉末冶金工艺。此工艺称 之为“冷成形粉末冶金”。 它采用特殊配制的活化溶液与革新的进料 靴技术,在压力下精确地将粉末注入模中。加 压输送的进料靴使粉末填充更加均匀,而活性 溶液则防止形成氧化物,从而大大促进了冷焊 效应。
粉末冶金成形及非金属成形
4．等静压制 对粉末（或压坯）表面或对装粉末（或压坯）的软 膜表面施以各向大致相等的压力的压制方法 (1) 冷等静压制： 在室温下的等静压
制，压力传递媒介通常为液体 冷等静压制压坯密度较高，较均匀，力 学性能较好，形状可较复杂，尺寸可较大
(2) 热等静压制： 高温下的等静压制
同时进行压制和烧结，压制压力和烧 结温度均低于冷等静压制，能耗较低，生 产效率较高；制品密度高且均匀，晶粒细 小，力学性能较高，形状和尺寸不受限制； 但投资大。 用于粉末高速钢，难熔金属，高温合 金和金属陶瓷等制品的生产
2）按受热时的性能分类： 按受热时的性能不同分类 ①热塑性塑料：在整个特征温度范围内，能反复加热 （ABS、PA等） 软化和反复冷却硬化，且在软化状态 通过流动能反复模塑为制品 力学性能较好，加工成形方便，耐热性较差
② 热固性塑料：固化时，能变成基本不溶、不熔的 （PF等） 产物。有较高的耐热性，受压时亦 不易变形,但力学性能较差。 (2) 工程塑料的性能特点和应用：工程塑料密度小，比 强度（强度/密度）高，耐磨性、减振性较好， 易于成形；强度、硬度较低，导热性、耐热性 较差，且易老化。 工程塑料可用于替代金属制造工程构件和机械零件
图6-7 密闭式塑炼机工作原理
图6-8 切碎机结构
2、塑料成形方法： (1) 挤出成形： 用于生产具有 一定断面形状的连 续材料，如管材、 板材和中空制品等 还常用于物料 的塑炼和着色等。 生产效率高、工艺适应性强、设备结构简单， 但制品断面形状较简单且精度较低。 适用于几乎各类热塑性塑料和部分热固性塑料。
烧结减摩材料
5.1 粉末冶金基础 5.1.1 粉末的化学成分及性能 粉末通常指尺寸小于1mm的离散颗粒的集合体， 颗粒尺寸一般以微米（μ m）或纳米（nm）计量 1、粉末的化学成分 常用的金属粉末有铁、铜、铝等及其合金的粉 末,杂质和气体的含量一般不超过1%～2%
粉末冶金特种成形技术
第5章粉末冶金特种成形技术5.1概述粉末的制备、成形和烧结是粉末冶金过程中的三个基本环节。
传统的粉末冶金成形通常是将需要成形的粉末装入钢模内，在压力机上通过冲头单向或双向施压而使其致密和成形，压机能力和压模的设计成为限制压件尺寸及形状的重要因素。
由于粉末与模壁的摩擦而使压力降低，使成形密度不均匀，限制了大型坯件的生产。
所以，传统的粉末冶金零件尺寸较小，单重较轻，形状也简单。
随着粉末冶金产品对现代科学技术发展的影响日益增加，对粉末冶金材料性能以及产品尺寸和形状提出了更高的要求，传统的钢模压成形难以适应需要。
为了解决上述问题，很多学者广泛地研究了各种非模压成形方法，相对于传统的模压成形，将后者称之为粉末冶金特种成形技术。
粉末冶金成形技术一直处于不断发展演化过程中，从传统的单向压制到双向压制，再到等静压成形，从冷等静压成形到热等静压成形，还出现了准等静压成形（包括陶粒压制、STAMP工艺、快速全向压制等）、温压成形、流动温压成形、高压温压成形、喷射成形、挤压成形、粉浆浇注成形、粉末轧制成形、粉末锻造成形、金属粉末注射成形、粉末电磁成形等特种成形技术。
有些技术既是粉末成形过程，也是烧结过程，如粉末热等静压成形、放电等离子烧结、爆炸烧结、选择性激光烧结等。
目前，现代粉末冶金成形技术正朝着高致密化、高性能化、高生产效率、低成本方向发展。
不同的特种成形方法具有不同的特点，应从坯件的性能、形状和尺寸三方面适应制品的特殊需要。
本章将对它们的原理、特点、工艺及应用等进行论述。
其中粉末喷射成形、注射成形分别在第4章与第8章中讨论，而放电等离子烧结、爆炸烧结、选择性激光烧结技术在“粉末冶金特种烧结技术”中讨论。
5.2 等静压成形(IP)等静压成形（Isostatic Pressing）是借助于高压泵的作用把流体介质(气体或液体)压入耐高压的钢质密封容器内，高压流体的静压力直接作用在弹性模套内的粉末上，粉末体在同一时间内在各个方向上均衡地受压而获得密度分布均匀和强度较高的压坯。
高密度粉末冶金成形方法研究及优化
高密度粉末冶金成形方法研究及优化一、引言高密度粉末冶金成形技术是一种通过在粉末表面施加压力和温度实现金属材料成形的加工工艺。
该技术具有高效率、低成本、高精度、可逆性和可重复性等优点。
因此，在改进传统的金属成形过程以及开发新型金属材料时，高密度粉末冶金成形技术已成为一种备受关注的重要研究领域。
二、高密度粉末冶金成形方法的分类高密度粉末冶金成形技术根据成形前后粉末状况的变化，可分为以下几种方法：1. 等静压成形 (HIP)等静压成形是一种将高密度金属粉末放入成型模具中，先以低压力进行预压，随后在高温和高压力的条件下加以成形的加工方法。
等静压成形方法可以制造出具有高密度和高性能的复杂形状金属零件，如滚轮轴承、配气机构、燃气轮机叶片等等。
2. 烧结成型烧结成型是一种通过在制备过程中在粉末中添加一些粘结剂，使得粉末在高温条件下粘结在一起，然后进行成形的方法。
这种方法可以制造出高精度、高可靠性和抗热性能强的机械结构件和高强度、低密度的材料。
3. 挤压成形挤压成形是一种通过将金属粉末放入旋转式模具中，在模具两端施加压力来实现成形的加工方法。
这种方法较其他成形方式更为简单，适用于制作一些规则结构的中间件、链接件和管道接头。
4. 等离子粉末成形等离子粉末成形是一种将金属粉末喷射到等离子体火焰中进行高温加热，通过表面张力形成液态金属，并恰当地加压形成零件的一种成形工艺。
等离子粉末成形方法操作简单、可加工出具有高密度、高强度和高耐磨性的金属零件。
三、高密度粉末冶金成形方法的优化为了进一步提高高密度粉末冶金成形技术的加工效率、成形质量和材料性能，需要进行相应的优化。
优化方案一：材料的合理选择选择合适的材料是决定高密度粉末冶金成形成功与否的关键因素之一。
高密度粉末冶金成形的理想材料是那些粒度大小适中、形状均匀、流动性能好而且作为粉末冶金材料的化学成分方面相同或相似的金属粉末。
因此，选择质量优良、粘度适中的金属粉末是高密度粉末冶金成形过程中一个非常重要的环节。
粉末冶金工艺
粉末冶金工艺粉末冶金工艺是一种技术和工艺，它利用粉末来形成机械零件和金属结构件。
它可以制造出几乎所有形状、颜色和材料的零件，它的灵活性和可编程性使它成为制造业的有力工具。
粉末冶金工艺已成为金属制造业的主要技术之一，它可以制造出一些高性能的零件和结构件。
粉末冶金技术是一种三维成形技术，可以不需要加工就可以制造出一些复杂的零件。
粉末冶金技术的基本原理是在一定温度和压力下，利用粉末原料经过压实、加热、浸渍等工艺后，制造出机械零件和金属结构件。
这种技术可以制造出一些高性能的零件，这些零件的耐磨性和抗疲劳强度都可以达到很高的水平。
粉末冶金工艺可以分为坯料制备、热成形和表面处理三个主要步骤。
坯料制备是采用精细粉末形成坯料，一般可以采用烧结、压实、改性和表面处理等方法。
热成形是采用凝固剂进行固化，可以采用热固性成形、热压成形或真空固相烧结等方法。
表面处理是通过润滑剂或清洁剂对零件进行清洗、表面处理或润滑，以提高零件的抗腐蚀性和耐磨性。
由于粉末冶金工艺的多样性，可以制造出各种复杂的零件，由于它可以得到较高的精度和阻力，可以用于制造一些高端的零件和部件，如汽车的悬挂零件、飞机的机身零件和发动机部分等。
此外，由于它的可编程性，可以制造出精度更高的零件，用于生产电子和机械设备。
粉末冶金工艺目前已发展成为一种重要的金属加工技术，可以制造出一些高性能的零件和结构件，可以应用到汽车、航空航天、电子电气等众多行业中。
因此，粉末冶金技术受到了越来越多的关注，将在未来发挥更大的作用。
综上所述，粉末冶金工艺是一种重要的金属加工技术，它可以制造出精度更高的零件，用于制造一些高端的零件和部件，是未来金属加工技术的重要方向。
粉末冶金技术的发展有着重要的意义，有助于推动制造业的发展和提高产品的质量，因此，未来粉末冶金技术还将发挥着更大的作用。
粉末冶金成形
通过烧结过程中的物质迁移和相变，使烧结体内部孔隙减小或消失， 提高其密度和性能。
致密化程度
与烧结温度、时间、气氛等因素有关，需根据产品要求进行控制。
03 粉末冶金成形的关键技术
粉末注射成形技术
定义
粉末注射成形是一种将金属粉末与有机粘结 剂混合，通过注射机注入模具中成形，然后 脱脂和烧结的工艺。
能源领域
粉末冶金技术在风力发电、核能等领 域中用于制造高性能的零部件。
粉末冶金成形的优缺点
材料利用率高，减少材料 浪费；
可生产出形状复杂、精度 高的制品；
优点
01
03 02
粉末冶金成形的优缺点
01
可通过控制成分和工艺参数制备高性能材料；
02
适用于大规模生产。
缺点
03
粉末冶金成形的优缺点
生产过程中易产生粉尘污染； 制品内部可能存在孔隙和缺陷； 部分材料制备成本较高。
等静压成形技术
定义
等静压成形技术是一种利用液体介质传递压力，使金属粉末在各 个方向上均匀受压而成形的工艺。
优点
可生产高精度、高密度、高性能的产品，适用于大规模生产。
应用领域
广泛应用于陶瓷、粉末冶金等领域。
04 粉末冶金成形的材料性能
材料力学性能
硬度
抗拉强度
粉末冶金制品的硬度通常较高，可达到 HRC60以上，这主要得益于其致密的结构 和合金元素的固溶强化作用。
粉末冶金制品具有较高的抗拉强度，通常 在1000MPa以上，这与其致密的结构和晶 粒细化有关。
疲劳性能
韧性
由于其良好的力学性能，粉末冶金制品在 循环载荷下表现出良好的疲劳性能。
粉末冶金制品的韧性与其成分、显微组织 和热处理状态有关，通过合理的工艺控制 可以提高其韧性。
粉末冶金成形技术
粉末冶金成形技术总则✶粉末成形技术就是将预混合好的粉末填入设计好的模腔中，通过压机施加一定的压力使之形成所设计的形状的产品，然后由压机将产品脱出模腔的过程。
✶与之相关的有以下几个方面1.粉末制造及粉末混合2.模具3.成形压机4.模架5.模具的组立粉末方面与模具方面 这里不作具体介绍成形压机✶成形压机中模面分两种形式：1.中模面浮动2.中模面固定✶成形压机中模面浮动形式分两种类型：1.脱模位置固定，成形位置可以调整2.成形位置固定，脱模位置可以调整一般，压力吨位较小的采用中模面固定类型，压力吨位较大的采用中模面浮动。
成形过程中压机运转的几个阶段✶1.充填阶段：从脱模结束后开始至中模面上升到最高点结束，压机运行的角度从270度开始至360度左右结束；✶2.加压阶段：是粉末在模腔中受压成形阶段。
一般有上模加压和中模面下降（即下压）加压，有时还有最终加压，即在下压结束后上冲再次加压，压机的运行角度从120度左右开始至180度结束；✶3.脱模阶段：此过程是产品由模腔被顶出的过程。
压机的运行角度由180度开始至270度结束中模面浮动的两种类型的区别：1.脱模位置固定，成形位置可以调整的形式以脱模下死点作为成形压机的基准点，基准点位置的角度270度。
充填的变化只能改变脱模的行程量和加压的行程量，对最终的脱模位置点不可改变，下压的变化不改变充填量；2.脱模位置浮动，成形位置固定的形式以压制过程结束时作为成形压机的基准点，基准点的位置在180度。
充填的变化不光改变脱模行程量和加压行程量，还将改变脱模位置点，下压的变化会改变充填量。
模架✶模架是模具的执行者，在成形过程中模具通过模架的动作从而产生各个冲子之间的相对运动，挤压模腔中的粉末，使之成形成所设定的形状。
✶从模架结构方面来分：有上一下一直至上二下三机构，主要有上模板、中模板、第一浮动板、第二浮动板、固定板和芯棒板组成。
上模板与机台的上加压部连接，芯棒板与机台的主轴连接，芯棒板通过四根导柱与中模板连成一个整体。
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温压成形
温压成形可以显著提高压坯密度的机理一般归于在加热状态下， 粉末的屈服强度降低(如下图)和润滑剂作用增强。在材料达到 同等密度的前提下，温压成形工艺的生产成本比粉末锻造低75 ％，比“复压／复烧”低25％，比渗铜低15％；在零件达到同 等力学性能和加工精度的前提下，温压成形工艺的生产提高10～30 倍。
粉末冶金的主要成形方法
粉末成形是将松散的粉末体加工成具有一定尺寸、形状、 密度和强度的压坯的工艺过程，它可分为普通模压成形和 非模压成形两大类。普通模压成形是将金属粉末或混合粉 末装在压模内，通过压力机加压成形，这种传统的成形方 法在粉末冶金生产中占主导地位；非模压成形主要有等静 压成形、连续轧制成形、喷射成形、注射成形等。
温压成形
温压成形的基本工艺过程是将专用金属或合金粉末与聚合 物润滑剂混合后，采用特制的粉末加热系统、粉末输送系 统和模具加热系统，升温到75～150℃，压制成压坯，再 经预烧、烧结、整形等工序，可获得密度高至7.2～ 7.5g/cm3的铁基粉末冶金件。
温压成形的工艺流程
温压装置及其温度分布系统示意图
热压加热方式
1-碳管；2-粉末压坯；3-阴模；4-冲头
轧制成形
轧制成形是将金属粉末通过一个特制的漏斗喂入 转动的轧辊缝中，可轧出具有一定厚度的、长度 连续的、且强度适宜的板带坯料。这些坯料经预 烧结、烧结，又经轧制加工和热处理等工序，可 制成有一定孔隙率的或致密的粉末冶金板带材。 与模压成形相比，粉末轧制法的优点是制品的长 度可不受限制、轧制制品密度较为均匀。但是， 由轧制法生产的带材厚度受轧辊直径的限制，一 般不超过10mm,宽度也受到轧辊宽度的限制。轧制 成形只能制取形状较简单的板带及直径与厚度比 值很大的衬套。
温压对纯铁粉屈服强度的影响
温压成形
温压成形因其成本低、密度高、模具寿命长、效率高、工艺简 单、易精密成形和可完全连续化、自动化等一系列优点而受到 关注，被认为是20世纪90年代粉末冶金零件致密化技术的一项 重大突破，被誉为“开创粉末冶金零件应用新纪元的一项新型 制造技术”。该技术已广泛应用于制造汽车零件和磁性材料制 品，如蜗轮轮毂、复杂形状齿轮、发动机连杆等。
模压成形
温压成形
热压成形
轧制成形
模压成形
模压成形是指粉料在常温下、在封闭的钢模中、按规定的压力 下(一般为150～600MPa)、在普通机械式压力机或自动液压机 上将粉料制成压坯的方法。当对压模中的粉末施加压力后，粉 末颗粒间将发生相对移动，粉末颗粒将填充孔隙，使粉末体的 体积减小，粉末颗粒迅速达到最紧密的堆积。
模压成形
模压成形工装设备简单、成本低，但由于压力分布不均匀， 会使压坯各个部分的密度分布不均匀而影响制品零件的性 能，适用于简单零件、小尺寸零件的成形。但普通模压成 形仍然是粉末冶金行业中最常见的一种工艺方法，通常经 历称粉、装粉、压制、保压、脱模等工序。
模压成形的基本步骤
A-装粉；b-压制；c-脱模
粉末轧制成形
热压成形
热压成形又称为加热烧结，是把粉末装在模腔内，在加压 的同时，使粉末加热到正常烧结温度或更低一些，经过较 短的烧结时间，获得致密而均匀的制品。热压可将压制和 烧结两个工序一并完成，可在较低压力下迅速获得冷压烧 结所达不到的密度，适用于制造全致密难熔金属及其化合 物等材料。热压成形的最大优点是可以大大降低成形压力 和缩短烧结时间，制得密度较高和晶粒较细的材料或制品。 热压模可选用高速钢及其他耐热合金，但使用温度应在 800℃以下。当温度更高(1500～2000℃)时，应采用石墨 材料制作模具，但承压能力要降低到70MPa以下。热压成 形加热的方式分为电阻间接加热式、电阻直接加热式、感 应加热式三种。为了减少空气中氧的危害，真空热压机已 得到广泛应用。